Générateur de nombres aléatoires : 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Cet article vous montre un générateur de nombres aléatoires analogique.

Ce circuit commence à générer une sortie aléatoire lorsqu'un humain touche la borne d'entrée. La sortie du circuit est amplifiée, intégrée et amplifie encore le bruit d'un humain qui agit comme une antenne, recueillant des signaux de bruit électromagnétique.

Le circuit montre des transistors de polarisation de rétroaction. Vous devrez sélectionner une résistance de rétroaction de sorte que la tension de l'émetteur du collecteur du transistor des quatre transistors soit polarisée à la moitié de la tension d'alimentation.

si vous faites ce circuit, veuillez lire l'article en entier du début à la fin avant de commencer les préparatifs.

Fournitures

Composants: transistors à usage général - 10, condensateurs 470 uF - 10, résistance 1,5 kohm - 20, résistances mixtes (100 kohm - 1 mégohm) - 10, fils isolés, matrice/pièce de carton, alimentation 1,5 V - 4,5 V ou Pile 1,5 V AA/AAA/C ou D, faisceau de piles 1,5 V/élastique. Toutes les résistances doivent être de faible puissance.

Composants optionnels: soudure, fil métallique de 1 mm, résistances de 100 ohms (1 watt) - 5, boîtier, boulons/écrous/rondelles, connecteurs métalliques (pour connecter les fils isolés aux boulons et aux écrous).

Outils: pince, pince à dénuder, oscilloscope USB, voltmètre.

Outils optionnels: fer à souder, multimètre.

Étape 1: Concevoir le circuit

L'intégrateur de mon circuit est essentiellement un circuit de filtre passe-bas utilisé pour réduire la fréquence de sortie maximale afin d'empêcher le nombre aléatoire de fluctuer trop rapidement. La tension et le courant du condensateur ont la relation suivante:

Ic(t)= C*dVc(t)/dt

La tension du condensateur Cc2 est égale à:

Vc(t)= (1/Cc)*Intégrale[Ic(t)]

Si le courant est constant, la tension potentielle du condensateur Cc augmentera lentement. Cependant, dans mon circuit, une partie du courant entre dans la résistance Rc2a. L'utilisation d'un intégrateur pour ce circuit peut rectifier et filtrer une entrée sinusoïdale vers le transistor Q3, convertissant ainsi l'entrée du transistor Q3 en un signal continu qui fournira une valeur aléatoire à amplifier par les transistors Q3 et Q4. C'est pourquoi dans mon circuit le transistor Q2 n'est pas vraiment un intégrateur mais similaire à un intégrateur montré ici:

www.instructables.com/id/Transistor-Integrator/

Vous pouvez remplacer le Rc2a et le Cc par un court-circuit, connecter le collecteur Q2 au condensateur Cb3 et essayer de connecter un très petit condensateur à travers la résistance Rf2 et voir ce qui se passe.

Calculez la fréquence minimale du filtre passe-haut pour les amplificateurs à transistors Q1, Q3 et Q4:

fhpf = 1 / (2*pi*(Rb + Rc)*Cb)

= 1 / (2*pi*(1, 500 ohms + 1 500 ohms)*(470*10^-6))

= 0,11287584616 Hz

fl = 1 / (2*pi*(1, 500 ohms + 5, 600 ohms)*(470*10^-6))

(Rb = 5 600 ohms dans le circuit réel que j'ai fait)

= 0,0476940195 Hz

Le calcul de la fréquence du filtre passe-bas dépasse le cadre de cet article. La fréquence du filtre passe-bas est affectée par les composantes Rc2a, Cc2, Rb3 et Cb3. L'augmentation de la valeur de ces composants augmentera la constante de temps et réduira la fréquence du filtre passe-bas.

Le dernier étage d'amplification réalisé avec le transistor Q4 est optionnel.

Étape 2: Simulations

Les simulations montrent que les transistors ne sont pas polarisés à la moitié de la tension d'alimentation. La polarisation des transistors à la moitié de la tension d'alimentation n'est pas indispensable pour que ce circuit fonctionne. Pour une alimentation de 1,5 V, chaque transistor peut être polarisé à 1 V ou 0,5 V.

Des valeurs de résistance Rf inférieures réduiront la tension de l'émetteur du collecteur du transistor en fournissant plus de courant de polarisation CC à la base du transistor.

L'ancien logiciel PSpice n'a pas de générateur de bruit aléatoire.

Étape 3: faire le circuit

J'ai utilisé une résistance de 5,6 kohms pour Rc2a au lieu de la résistance de 1,5 kohm indiquée dans le circuit. Il ne devrait pas y avoir beaucoup de différence. Cependant, mon circuit avait un gain plus élevé et une fréquence de filtre passe-bas maximale (le transistor Q2 est également un filtre passe-bas). Mon circuit avait également besoin d'une résistance Rf2 plus élevée pour augmenter la tension de l'émetteur du collecteur de polarisation. Cependant, en réduisant le courant de polarisation du collecteur du transistor, Ic peut également réduire le gain en courant du transistor.

J'ai utilisé des résistances de 5,6 kohms pour Rb1, Rb2, Rb3 et Rb4. Il ne devrait pas y avoir beaucoup de différence. Mon circuit avait un gain inférieur.

Rf2 peut être implémenté avec deux résistances de 270 ohms. Cependant, tous les transistors ont un gain de courant différent qui peut aller d'environ 100 à 500. Vous devez donc trouver la bonne résistance de rétroaction. C'est pourquoi j'ai spécifié un pack de résistances mixtes dans la section composants. Vous pouvez également utiliser des circuits à transistors à polarisation stabilisée ou à polarisation fixe pour cet amplificateur.

Le circuit peut commencer à osciller. Vous pouvez essayer d'utiliser les filtres d'alimentation illustrés dans cet article:

www.instructables.com/id/Transistor-VHF-Amplifier/

(C'est pourquoi j'ai spécifié les résistances haute puissance 100 ohms)

Étape 4: Encastrement

Vous pouvez voir que je n'ai quasiment pas utilisé de fer à souder lors de la réalisation de mon circuit.

Vous pouvez également voir les connecteurs métalliques sur la photo.

Étape 5: Tester

Graphique 1:

Canal 1: Vc1

Echelle: 0,5 V et 4 secondes

Notez que la sortie du premier transistor Q1 Vc1 montre que les trois transistors restants pourraient être inutiles

Graphique 2:

Canal 1: Vint1

Canal 2: Vo1

Echelle: 0,5 V et 40 secondes

Graphique 3:

Canal 1: Vo1

Canal 2: Vo2

Échelle: 0,5 V et 40 secondes

Graphique 4 (pas de résistance Rf2 incluse):

Canal 1: Vo1

Canal 2: Vo2

Echelle: 0,5 V et 20 secondes

Sans résistance de contre-réaction Rf2, le transistor Q2 n'est pas polarisé à la moitié de la tension d'alimentation. Le circuit fonctionne plus rapidement, avec moins de temps de stabilisation. Cependant, sans Rf2, cet amplificateur est un circuit risqué et pourrait ne pas fonctionner pour tous les types de transistors et de condensateurs.